Wastegate Ladedruckregelung

Ladedruckregelung

An die Fahrbarkeit von Pkw Turbomotoren werden die gleichen hohen Anforderungen gestellt, wie dies bei leistungsgleichen Saugmotoren der Fall ist. Daher soll der volle Ladedruck bereits bei niedrigen Motordrehzahlen zur Verfügung stehen. Diese Forderung ist in Verbindung mit einer turbinenseitigen Regelung des Ladedruckes erreichbar.

^{Bild 1: Laderegeldruckkappe}

Die einfachste Form der Ladedruckregelung ist der turbinenseitige Bypass. Die Turbine wird dabei so klein gewählt, dass die Anforderungen an das Drehmomentverhalten bei niedrigen Drehzahlen erfüllt werden und eine gute Fahrbarkeit des Motors erreicht wird. Bei einer solchen Auslegung wird der Turbine kurz vor Erreichen des maximalen Drehmomentes mehr Abgas zugeführt, als für die Erzeugung des Ladedruckes notwendig ist. Deshalb wird nach dem Erreichen des erforderlichen Ladedruckes ein Teil der Abgasmenge durch einen Bypass hindurch um die Turbine herum geleitet. Die Ladedruckregelklappe, die den Bypass öffnet und schließt, wird in Abhängigkeit vom Ladedruck durch eine federbelastete Membrane angesteuert (Bild 1). Ab einer bestimmten Motordrehzahl steigt der Ladedruck nicht mehr an (Bild 2).

^{Bild 2: Ladedruck}

Selbstregelnde Ladedruckregelung

Bei der sehr kostengünstigen selbstregelnden Ladedruckregelung wird die durch eine zylindrische Schraubenfeder vorgespannte Membrane in der Steuerdose mit Ladedruck beaufschlagt. Sobald die Vorspannung der Feder durch den Ladedruck überwunden ist, wird die Bypassklappe mittels der Regelstange und des Verstellhebels geöffnet. Die Abgase strömen an der Turbine vorbei in die Abgasanlage.

Elektronische Ladedruckregelung

In modernen Diesel  und Ottomotoren für Pkws werden heute elektronische Ladedruckregelverfahren eingesetzt. Gegenüber der rein pneumatischen Regelung, die nur als eine Begrenzung des Volllastladedruckes Wirken kann, wird durch eine flexible Ladedruckregelung auch die Einstellung des optimalen Ladedruckes bei Teillast ermöglicht. Der Ladedruck kann dabei in Abhängigkeit einer Vielzahl von Parametern wie z.B. der Ladelufttemperatur, des Zündwinkels bzw. der Einspritzparameter und der Kraftstoffqualität optimal eingestellt werden. Auch eine zeitweilige Überhöhung des Ladedruckes beim Beschleunigen (Overboost) ist möglich. Die Betätigung der Klappe erfolgt wie bei der vorher beschriebenen selbstregelnden Ladedruckregelung. Anstelle des Ladedruckes wird die Membrane der Steuerdose mit einem modulierten Steuerdruck beaufschlagt (Bild 3).

^{Bild 3: modulierter Ladedruck}

Dieser Steuerdruck ist niedriger als der Ladedruck und wird mit einem Taktventil erzeugt. Das Taktventil beaufschlagt die Membrane mit dem Ladedruck und dem Druck am Verdichtereintritt zu unterschiedlichen Zeitanteilen. Das Taktventil arbeitet mit einer Taktfrequenz von 10 bis 15 Hz. Die Federvorspannung ist gegenüber der herkömmlichen Steuerung wesentlich geringer, um auch bei Teillastbetrieb des Motors, also bei weitaus geringeren Ladedrücken, regeln zu können. Für Dieselmotoren wird die elektronische Ladedruckregelung auch mit Unterdruck durchgeführt.